氣敏傳感器陣列優(yōu)化應(yīng)用研究.pdf

1、電子鼻是一種人工嗅覺系統(tǒng)，一般由傳感器陣列、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和模式識(shí)別系統(tǒng)三部分構(gòu)成。氣敏傳感器陣列是電子鼻系統(tǒng)的“心臟”，其性能直接影響電子鼻的整體性能。有效提高傳感器陣列的性能指標(biāo)（如靈敏度、選擇性、穩(wěn)定性等）是提高電子鼻性能的關(guān)鍵。陣列優(yōu)化通過對(duì)傳感器響應(yīng)的特征空間進(jìn)行特征選擇，來決定具體應(yīng)用條件下較優(yōu)的傳感器類型及陣列規(guī)模，是提高電子鼻性能的有效途徑之一。 本文首先基于電子鼻在易揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）檢測(cè)和定性識(shí)別中的

2、應(yīng)用，對(duì)陣列優(yōu)化的作用進(jìn)行了考察。在對(duì)五種VOCs（濃度在600ppb～2000pb 范圍）的定性識(shí)別實(shí)驗(yàn)中，通過應(yīng)用陣列優(yōu)化對(duì)由14個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）傳感器構(gòu)成的初始陣列運(yùn)用不同特征選擇算法進(jìn)行陣列優(yōu)化，得到保留了9個(gè)傳感器的最終陣列。對(duì)優(yōu)化后的特征子集采用Fisher 線性判別法（DFA）進(jìn)行模式識(shí)別分析，對(duì)樣本分類正確率達(dá)到100％。另一方面，MOS氣敏傳感器對(duì)氣體的選擇性會(huì)隨其工作溫度的改變而不同，通過調(diào)節(jié)傳感器的工作

3、溫度可以提高其對(duì)氣體的選擇性。MOS氣敏傳感器陣列一般在固定溫度下或溫度調(diào)制下工作。目前大多數(shù)傳感器陣列采用5.0V的加熱電壓，工作溫度在270℃。 本文在VOCs 定性識(shí)別實(shí)驗(yàn)中選用了7個(gè)加熱溫度點(diǎn)，分別對(duì)在各個(gè)溫度下工作的傳感器陣列進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)優(yōu)化后各溫度下的特征子集做DFA 分析比較。結(jié)果表明，陣列優(yōu)化將氣敏傳感器陣列中的傳感器數(shù)目由10個(gè)減少至4個(gè)。優(yōu)化陣列的最佳溫度為220℃，相比通用的270℃，對(duì)四種氣體的正確識(shí)別率

4、由91.7％提高到了100％。通過改變傳感器的工作溫度提高其對(duì)氣體選擇性的另一方式是對(duì)MOS氣敏傳感器陣列進(jìn)行溫度調(diào)制。本文讓傳感器陣列在設(shè)定的溫度調(diào)制模式下工作，采用電子鼻進(jìn)行VOCs的定性識(shí)別實(shí)驗(yàn)。根據(jù)傳感器的動(dòng)態(tài)測(cè)試響應(yīng)曲線提取Max（dSt/dt），Min（dSt/dt）/minS，max（dSt/dt）/minS，max（dSt/dt）/maxS，min（dSt/dt）/maxS，min（dSt/dt）六個(gè)特征參數(shù)。經(jīng)過陣列優(yōu)

5、化將氣敏傳感器陣列中的傳感器數(shù)目由6個(gè)減少至3個(gè)。對(duì)優(yōu)化后的特征子集做DFA 判別，正確識(shí)別率達(dá)到100％。 論文主要分為四部分： 第一部分對(duì)電子鼻系統(tǒng)的工作原理、應(yīng)用前景，陣列優(yōu)化的意義、方法和應(yīng)用，以及MOS氣敏傳感器的溫度依賴性進(jìn)行概述； 第二部分基于電子鼻系統(tǒng)的VOCs 定性檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，對(duì)傳感器陣列進(jìn)行了優(yōu)化，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析和討論； 第三部分進(jìn)行MOS氣敏傳感器陣列優(yōu)化及其最佳工作溫度選擇的研究